Инициирование деформационных процессов ЭПФ дисбалансом внутренних напряжений Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.4

ИНИЦИИРОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ЭПФ ДИСБАЛАНСОМ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ

© IO.H. BbioiiciiKO

Vyunenko Yu.N. The role of internal stresses for deformation processes of SME is analyzed. The operation of residual stresses mechanism is demonstrated.

В работах [1,2] было показано, что при нагреве образцов из сплава и композиций на его основе вблизи температур превращения наблюдается снижение значений упругих характеристик материала. Подобные изменения модулей упругости зафиксированы и у многих других материалов, обладающих эффектом памяти формы. Анализ процессов теплопередачи, распределения зон пластической деформации в образцах, влияния пластического деформирования на температурные интервалы превращения и структуру полей напряжений позволил раскрыть механизм эффекта памяти формы и построить его математическую модель [3]. В рамках этого механизма (получившего название механизм остаточных напряжений) удалось предложить объяснение явлению реверсивной памяти формы [4] и некоторым другим обнаруженным зависимостям. Однако явление залечивания мнкротрещины в рамках механизма остаточных напряжений объяснить нельзя. Следовательно, существуют другие деформационные механизмы. Но если они действуют в области температур превращения, то могут вносить свой вклад в те явления, которые уже описываются механизмом остаточных напряжений. Инженерное прогнозирование поведения конструкций должно учитывать возможность подобного кооперирования.

Источником нескольких деформационных механизмов, вносящих заметный вклад в эффект памяти формы, могут быть поля напряжений дефектов и их ансамблей. Проиллюстрируем это на примере краевой дислокации О (рис. I).

О

Оо

W)

Т(г,)=Ан Т(г2)=Ак

DJ.

Полагая, что дислокация направлена вдоль оси 2, сдвиговые напряжения (для бесконечной изотропной среды) а,,, в декартовых координатах принимают вид [5]:

а,,. =

G0b х(х2-у2)

2\2 ’

* 2k(1-v) (х2 + у2)

а в цилиндрических координатах [6]:

Cinb cos ©cos 2©

•' 2л(1 - V) г

где О0 - модуль сдвига, V - коэффициент Пуассона, Ь -вектор Бюргерса. Дислокация находится в неподвижном состоянии, т. к. поля напряжений уравновешены. Если же на расстоянии г( (рис. 1) появляется зона, в которой происходит фазовое превращение, сопровождаемое «дефектом» модуля сдвига, то силовое равновесие в горизонтальной плоскости нарушается. На дислокацию начинает действовать сила Р:

F - I jcs^dr =

—00

О -*,)G0bl ,

2л(1 - v)

-ini-

Г.„ - г.

-In-*-),

где / - длина дислокации, 4 - коэффициент «дефекта» модуля сдвига (0 < \ < 1), Г|, г>, г„, показаны на рис. 1. Таким образом, сила, действующая на краевую дислокацию в плоскости сдвига, будет зависеть от расстояния до зоны превращения, ее ширины и коэффициента 4- На рис. 2 приведена качественная зависимость

f = F,

41-W/

2л(1 - v)

Рис. I. Схема взаимодействия дислокации с -зоной превращения

от расстояния до зоны превращения при г2 - гт = /*„, - г\.

Рис. 2. Качественная зависимость силового взаимодействия дислокации с зоной превращения

Анализируя полученный результат, можно полагать, что по мере приближения фазового превращения на краевые дислокации, другие дефекты и их ансамбли начинают действовать постоянно возрастающие силы, которые с какого-то момента времени приводят их в движение, инициируя деформационные процессы.

Движение краевой дислокации и некоторых дефектов, возможно, будет носить ускоренный характер, т. к. будет сопровождаться нарастанием силового воздействия по мере приближения к фронту зоны превращения. При этом будет происходить и перераспределение внутренних полей напряжений. Это явление может приводить к «взрывообразному» возникновению зародышей новой фазы вблизи границы области перестройки кристаллической решетки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Выонеико Ю.Н.. Крылов Б.С.. Лихачев В.А. и др. Исследования внутреннего трения в ннкелндс титана // Физ. мет. и металловед. 1980. Т. 49. №5. С. 1032-1038.

2. Ермолаев В. А.. Захарова II.Н.. Лихачев В А., Мастерова M B Диссипативные свойства н структура системы Ti-Ni-Cu II Металлофизика. 1982. Т. 4. № 6. С. 68-74.

3. Выонеико ЮН.. Выонеико Л Ф К вопросу о моделировании ЭПФ в рамках механизма остаточных напряженно II Механизмы деформации и разрушения перспективных материалов: Тр. XXXV семинара «Актуальные проблемы прочности». Псков, 1999. С. 361-365.

4. Вьюиенко IO.II Остаточные напряжения и реверсивная память формы II Современные проблемы прочности: Науч. тр. II Межлу-нар. семинара. Новгород, 1998. С. 139-141.

5. Хирш Дж., Лоте II Теория дислокаций. М.: Атомнзлат, 1972. 600 с.

6. Орлов А Н Введение в теорию дефектов в кристаллах. М.: Высш. UIK., 1983. 144 с.